儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

林大為

（國(guó)家電力投資集團(tuán)福建分公司，福建 福州 350000）

在工業(yè)發(fā)展快速進(jìn)步的前提下，煤炭以及石油資源等傳統(tǒng)能源消耗非常嚴(yán)重，導(dǎo)致社會(huì)出現(xiàn)了嚴(yán)重能源緊缺現(xiàn)象，而一次能源的大量使用同時(shí)也給人們的生活環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染問(wèn)題，因此，發(fā)展低污染、可再生能源技術(shù)來(lái)逐漸取代傳統(tǒng)能源已經(jīng)成為目前非常緊要的一個(gè)課題。太陽(yáng)能分布非常廣泛，而且是一種可再生能源，光伏發(fā)電主要是充分利用太陽(yáng)能來(lái)產(chǎn)生電能，近幾年該技術(shù)得到了快速發(fā)展，迄今為止，這些范圍內(nèi)光伏發(fā)電整體裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)了15 GW，但在全體總體裝機(jī)容量中僅僅占到了1%，而這一比例預(yù)計(jì)在未來(lái)10年中將達(dá)到15%左右。由此可見(jiàn)，光伏發(fā)電對(duì)于世界能源結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義，在未來(lái)具有非常廣闊的發(fā)展前景。

1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)

典型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要包括了光伏列陣、最大功率點(diǎn)跟蹤裝置、儲(chǔ)能系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器以及并網(wǎng)電壓器等幾個(gè)部分[1]。

在整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏列陣是其最基本的組成部分，其主要通過(guò)將太陽(yáng)能光伏電池進(jìn)行單體串并聯(lián)來(lái)組成，然后充分結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際需要，將其按照串聯(lián)以及并聯(lián)等方式安裝在支架上，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程主要是通過(guò)光伏列陣單元來(lái)實(shí)現(xiàn)；為了充分保證光伏能源能夠?qū)崿F(xiàn)充分利用，就必須要利用最大功率點(diǎn)跟蹤裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制，由于光伏電池陣列具有非常明顯的非線性特征，因此，其功率輸出會(huì)受到光照、溫度、負(fù)載等各種因素的一種影響，而利用最大功率點(diǎn)跟蹤裝置能夠充分保證光伏電池陣列在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中始終保持相應(yīng)的最大功率輸出狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光伏能源的高效利用；儲(chǔ)能系統(tǒng)在整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)揮出了調(diào)節(jié)、控制的作用。其能夠?qū)⒊渥惆l(fā)電狀態(tài)下的電能進(jìn)行有效存儲(chǔ)，并結(jié)合實(shí)際用電狀況進(jìn)行電能釋放，將光伏電源的輸出狀態(tài)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，讓其保持在平衡狀態(tài)；并網(wǎng)逆變器以及變壓器的主要作用是針對(duì)輸出直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)化后形成可以被利用的交流電，是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中重要的一個(gè)組成部分。

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有以下一些特征；①光照強(qiáng)度、溫度等各種環(huán)境因素會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生影響，由此就會(huì)導(dǎo)致其輸出功率產(chǎn)生劇烈變化，天氣多變狀況下，發(fā)明功力也會(huì)呈現(xiàn)出非常明顯的隨機(jī)性和不可控性；②光伏發(fā)電系統(tǒng)整體造價(jià)成本較高，因此，要充分利用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能資源的最大程度利用，而且，電網(wǎng)必須還能夠?qū)夥娔苓M(jìn)行最大程度地吸收；③為了實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的高效利用，通常情況下光伏發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)的過(guò)程中會(huì)將電流以及電壓設(shè)置為同相，即整個(gè)系統(tǒng)只能夠提供有功功率。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)影響

2.1 對(duì)線路潮流的影響

電網(wǎng)正常運(yùn)行過(guò)程中支路潮流通常情況下呈現(xiàn)出單向流動(dòng)特征，而且會(huì)隨著與變電站之間距離的增加導(dǎo)致配電網(wǎng)有功潮流單調(diào)逐漸減小。但是，將光伏電源接入到電網(wǎng)系統(tǒng)中后，從而使得整個(gè)潮流狀況具備了不可預(yù)測(cè)性。潮流產(chǎn)生改變之后使得電壓調(diào)整難度更大，而且整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓調(diào)整設(shè)備也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異響狀況，與此同時(shí)，支路潮流也很可能會(huì)在此影響下出現(xiàn)越限、節(jié)點(diǎn)電壓越限、變壓器容量越限等一些狀況，在此情況下就會(huì)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性形成嚴(yán)重影響，另外，由于潮流具有了隨機(jī)性，因此會(huì)對(duì)發(fā)電廠的發(fā)電計(jì)劃制定形成影響。

2.2 對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的影響

光伏電站輸出功率會(huì)隨著光照情況的改善而增大，而且短路電流也會(huì)隨之增大，在此情況下，就很可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)配合出現(xiàn)失誤狀況，而由于短路電流過(guò)大，會(huì)對(duì)熔斷器正常工作形成影響。此外，配電系統(tǒng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)未接入之前，支路潮流通常情況下呈現(xiàn)出單向現(xiàn)象，而且保護(hù)也并不具備方向性，但是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入供電網(wǎng)絡(luò)之后，使得配電網(wǎng)絡(luò)成為多源電網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)潮流的具體方向也存在較大的不確定性。鑒于此，必須要在整個(gè)系統(tǒng)中增加具備一定方向性的保護(hù)裝置[2]。

2.3 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響

光伏電源本身的功率輸出具有一定的不穩(wěn)定性，當(dāng)完成并網(wǎng)運(yùn)行之后，必須要增設(shè)具備一定容量的旋轉(zhuǎn)備用，這樣才能充分保證系統(tǒng)具備調(diào)峰、調(diào)頻等基本技能，如此可見(jiàn)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電能輸出主要是建立在機(jī)組利用小時(shí)數(shù)減小的基礎(chǔ)之上，從而使得整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性受到影響。與此同時(shí)，在實(shí)際針對(duì)電網(wǎng)節(jié)能環(huán)保效果進(jìn)行分析的時(shí)候，必須要對(duì)旋轉(zhuǎn)備用所產(chǎn)生的能源消耗以及排放進(jìn)行充分考慮。

3 儲(chǔ)能在光伏并網(wǎng)發(fā)電中的應(yīng)用分析

由上述的分析可以發(fā)現(xiàn)，光伏電站并網(wǎng)會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)不可忽視的影響，而規(guī)模化的光伏電站并網(wǎng)所產(chǎn)生的影響更大。當(dāng)前，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題主要采取了以下兩種措施：①?gòu)碾娋W(wǎng)層面來(lái)看，要不斷提升重點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的靈活性，建立起高效運(yùn)行的智能化；②從光伏電站的層面來(lái)看，要充分利用儲(chǔ)能裝置。嚴(yán)格地講，電力儲(chǔ)能技術(shù)是靈活的輸電技術(shù)總的一種，將其在光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光伏電源充放電過(guò)程的有效控制，從而有效解決光伏電站的運(yùn)行過(guò)程中存在的不穩(wěn)定的問(wèn)題，有效避免了因光伏電源的不穩(wěn)定輸出而對(duì)整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。在整個(gè)光伏電站之中配備相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置之后。不僅能夠有效解決上述存在的問(wèn)題，而且通過(guò)應(yīng)用合理控制措施，還能夠額外產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)行效益以及環(huán)境效益[3]。

儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

（1）電力調(diào)峰：電力調(diào)峰最主要的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)峰電時(shí)段大功率負(fù)荷集中性的電能需求問(wèn)題，最大程度實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷壓力的有效控制，儲(chǔ)能裝置能夠充分結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況，在電網(wǎng)負(fù)荷較低的狀況下將光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能進(jìn)行有效存儲(chǔ)，然后將其在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段進(jìn)行釋放，讓整個(gè)電網(wǎng)功率峰值輸出能力得到有效提升，供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行可靠性也能得到有效改善。

（2）電網(wǎng)電能質(zhì)量控制：在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中充分用儲(chǔ)能裝置，能夠使光伏電源的供電特征得到有效改善，讓光伏電源能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的電能供應(yīng)，因此，充分利用合理的逆變控制策略，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量進(jìn)行有效控制。

（3）微電網(wǎng)：對(duì)于輸配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)并網(wǎng)是非常重要的一個(gè)發(fā)展方向，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)供電可靠性的有效提升[3]。當(dāng)微電網(wǎng)與整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分離的時(shí)候，也就是微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行模式，其能夠獨(dú)立完成電網(wǎng)負(fù)荷的供電任務(wù)，在此情況下，充分利用光伏電源來(lái)組成微電網(wǎng)，能夠充分發(fā)揮出儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用，讓整個(gè)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性以及安全性得到充分保障。

4 儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展需求

當(dāng)前，蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的一種儲(chǔ)能裝置，但是，蓄電池本身的使用壽命比較短，而且其功率密度也相對(duì)較低，對(duì)充放電都提出了更高的要求，使用成本也比較昂貴，導(dǎo)致其在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了極大的限制，始終不能形成規(guī)模化。為了進(jìn)一步提升儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，有效提升光伏并網(wǎng)的實(shí)際性能，就必須要對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)、控制技術(shù)、綜合分析技術(shù)等進(jìn)行全面考慮[4]。

4.1 儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能裝置在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用環(huán)境比較惡劣，而且，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還會(huì)受到光發(fā)發(fā)電輸出不穩(wěn)定的嚴(yán)重影響，而由于其充放電條件相對(duì)比較差，而且還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)充放電小循環(huán)現(xiàn)象。因此，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)必須要從以下幾個(gè)角度進(jìn)行不斷的改進(jìn)：首先，要針對(duì)其能量以及功率密度進(jìn)行不斷增強(qiáng)；其次，要針對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)一步改善其使用壽命；再次，要進(jìn)一步提升儲(chǔ)能裝置的充放電速度；另外，要不斷拓展其在不同環(huán)境狀況下的穩(wěn)定運(yùn)行；最后，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用成本的有效控制。

4.2 控制技術(shù)

為了能夠有效延長(zhǎng)儲(chǔ)能裝置的使用壽命，提升其能量輸出最大值，并實(shí)現(xiàn)使用效率的最優(yōu)化，必須要充分結(jié)合儲(chǔ)能裝置的具體特征[5]，合理地選擇最佳的充放電策略。鑒于此，就必須要針對(duì)儲(chǔ)能裝置開(kāi)發(fā)出更加合理儲(chǔ)能控制系統(tǒng)。另外，由于目前廣泛使用的儲(chǔ)能裝置并不能直接應(yīng)用工頻交流電，因此，要盡快加大研發(fā)力度，研制出電能轉(zhuǎn)化裝置等一些配套設(shè)備。

4.3 綜合分析工具

只有在針對(duì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上才能有效開(kāi)發(fā)的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。因此，針對(duì)光伏行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)生命周期成本等進(jìn)行深入分析探討，才能最終促進(jìn)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的成熟發(fā)展，進(jìn)一步提升光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，電力儲(chǔ)能技術(shù)正朝著轉(zhuǎn)換高效化、能量高密度化和應(yīng)用低成本化方向發(fā)展，本文就儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用展開(kāi)闡述，討論了儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)中的應(yīng)用及未來(lái)儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展需求。當(dāng)然，目前儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用還存在一定的問(wèn)題，因此要不斷強(qiáng)化研發(fā)，促進(jìn)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展。